探討IL-17基于RANKL/RANK/OPG通路對(duì)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎骨破壞的作用機(jī)制

羅豐 王秋燚 綜述 姚血明△ 審校

(1.貴州中醫(yī)藥大學(xué),貴州 貴陽 550001;2.貴州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院,貴州 貴陽 550001)

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種致殘率較高的自身免疫性疾病,臨床主要以對(duì)稱性小關(guān)節(jié)受累為主的持續(xù)性多關(guān)節(jié)炎,發(fā)病時(shí)常伴有明顯晨僵、關(guān)節(jié)屈伸不利、腫脹、疼痛等不適,疾病后期可出現(xiàn)致殘、致畸等,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[1]。流行病學(xué)調(diào)查顯示,全球范圍內(nèi)RA的患病率為0.24%[2],發(fā)達(dá)國家為0.3%～1%[3],中國為0.28%～0.45%[4],且發(fā)病率逐年增長。RA的病因至今未明,病理主要以滑膜炎、血管炎形成為主,造成關(guān)節(jié)軟骨和骨破壞。骨破壞是RA患者關(guān)節(jié)畸形、功能喪失等一系列臨床問題的關(guān)鍵,它貫穿于整個(gè)RA的發(fā)展過程[5]。骨量的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)是成骨細(xì)胞(osteoblast,OB)的骨形成與破骨細(xì)胞(osteoclasts,OCs)的骨吸收共同作用的結(jié)果,RA患者骨破壞的重要原因是由于兩者之間的失衡所致,即骨吸收增強(qiáng)而骨形成不足[6]。據(jù)文獻(xiàn)[7]報(bào)道,白細(xì)胞介素-17(InterLeukin-17,IL-17)可通過介導(dǎo)核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)/核因子κB受體活化因子(receptor activator for nuclear factor-κB,RANK)/骨保護(hù)素(Osteopro-tegerin,OPG)信號(hào)軸誘導(dǎo)OCs生成,影響RA中的滑膜炎癥及骨破壞程度,進(jìn)而改變RA病情發(fā)展方向。因此,有效地抑制骨破壞發(fā)生、發(fā)展是控制RA病情發(fā)展的重要措施。本文就相關(guān)文獻(xiàn)探討IL-17通過RANKL/RANK/OPG通路對(duì)RA骨破壞的作用機(jī)制。

1 IL-17與RA骨破壞

IL-17是新型炎癥細(xì)胞因子家族的成員之一,其家族包括6個(gè)成員配體(IL-17A至IL-17F)和5個(gè)受體(IL-17RA至IL17RD和SEF),該細(xì)胞因子家族是由Th17細(xì)胞分泌,并誘導(dǎo)滑膜細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞分泌IL-6和IL-8,從而導(dǎo)致炎癥的產(chǎn)生[8]。IL-17最初被鑒定為新型CD4+T淋巴細(xì)胞(CD4-Positive T-Lymphocyte,CD4+T細(xì)胞)亞型,CD4+T細(xì)胞在激活和擴(kuò)展后,發(fā)展成具有不同細(xì)胞因子特征和不同效應(yīng)功能的T細(xì)胞子集,T細(xì)胞又被分成輔助性T細(xì)胞1(T helper cell 1, Th1)和輔助性T細(xì)胞2(T helper cell 2, Th2),而IL-17則產(chǎn)生于輔助T細(xì)胞的第三個(gè)子集[9]。研究[10]發(fā)現(xiàn),IL-17家族在自身免疫、感染和炎性疾病方面參與各種免疫應(yīng)答。A.Hot等[11]發(fā)現(xiàn)IL-17A和IL-17F誘導(dǎo)基因依賴于核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)蛋白的激活,而少數(shù)基因受p38絲裂原活化蛋白激酶(p38mitogen-activated protein kinase,p38MAPK)的調(diào)控,IL-17A誘導(dǎo)MAPK以及下游轉(zhuǎn)錄因子AP-1和p65 NF-κB的激活,得出IL-17A與IL-17F與RA易感性存在關(guān)聯(lián),從而發(fā)現(xiàn)兩者通過相關(guān)信號(hào)通路參與了RA在內(nèi)的一些自身免疫性疾病。還有相關(guān)研究[12-13]表明,RA患者的關(guān)節(jié)腔積液存在異常增生的IL-17,IL-17不僅能影響RANKL/RANK/OPG信號(hào)通路的表達(dá),也會(huì)影響OCs的表達(dá),導(dǎo)致成纖維樣細(xì)胞(Fibroblast,FLS)生成,進(jìn)而刺激OCs的分化。IL-17主要通過促進(jìn)關(guān)節(jié)OCs的增殖與分化,引起關(guān)節(jié)軟骨的破壞與疏松;在滑膜組織內(nèi),IL-17可以上調(diào)RA FLS中RANKL mRNA的表達(dá),IL-17誘導(dǎo)的RANKL表達(dá)通過抑制NF-κB和激活蛋白而降低,得出即使沒有外源性RANKL/RANK/OPG信號(hào)通路的表達(dá),IL-17也能誘導(dǎo)OCs的生成[14-15]。所以,IL-17引起RA骨破壞可能是促進(jìn)OCs和FLS的活化與增殖。

2 RANKL/RANK/OPG與骨破壞

2.1 RANKL/RANK/OPG組成及生物學(xué)功能RANKL是一種由腫瘤壞死因子配體的超家族成員11(tumor necrosis factor superfamily member 11,TNFSF11)基因產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì),該基因不僅位于人染色體13q14上,并位于小鼠14號(hào)染色體上,RANKL是由細(xì)胞內(nèi)、胞外、跨膜三部分組成的Ⅰ型跨膜蛋白,核心結(jié)構(gòu)由158個(gè)由胞外羧基端的氨基酸組成,并有數(shù)條β型折疊構(gòu)成,為TNF家族同源性結(jié)構(gòu)域[16]。RANKL在正常生理?xiàng)l件下主要分布于免疫、骨骼和循環(huán)系統(tǒng),且表達(dá)于OB、FLS、內(nèi)皮細(xì)胞以及骨髓間質(zhì)細(xì)胞中,他們通過細(xì)胞之間的接觸,激活信號(hào)的傳導(dǎo)促進(jìn)了OCs的活化,并使RANKL參與骨破壞,以O(shè)B、活化T細(xì)胞和滑膜細(xì)胞的分泌為主,通過自分泌與旁分泌的方式與RANK結(jié)合發(fā)揮生物效應(yīng)[17]。人體的各種組織中均可以檢測(cè)到RANKL表達(dá),但是在骨組織中的表達(dá)比在心臟、腎臟等更為強(qiáng)烈,盡管有多種細(xì)胞因子參與破骨細(xì)胞前體(osteoclast precursors,OCPs)向OCs的分化過程,但是有研究[18]認(rèn)為RANKL仍然是目前唯一可以促進(jìn)OCPs分化、成熟的細(xì)胞因子。RANK屬于腫瘤壞死因子受體超家族(tumor necrosis factor receptor superfamily,TNFRSF) 的一員,它的基因位于18q22.1,是一個(gè)Ⅰ型的跨膜蛋白,含有616個(gè)氨基酸,其人、鼠同源性為60%[19]。RANK主要在單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)中表達(dá),其中包括OCs及前體細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、FLS等,并在乳腺上皮細(xì)胞、OCs、軟骨細(xì)胞、樹突細(xì)胞、活化的T細(xì)胞及B細(xì)胞等細(xì)胞中均有RANK蛋白的表達(dá),它的mRNA主要分布于結(jié)腸、肌肉、胸腺、腎上腺等組織[20]。OPG蛋白是1997年W.S.Simonet等[21]在大鼠腸cDNA文庫測(cè)序?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)的。OPG是RANKL的一種可溶性誘導(dǎo)受體,也被稱為破骨細(xì)胞抑制因子,是腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)受體家族之一,它還是一種生長因子受體,主要由骨細(xì)胞產(chǎn)生,主要通過抑制RANK-RANKL受體相互作用來防止骨細(xì)胞的形成和吸收[22]。RANKL/OPG系統(tǒng)與骨代謝關(guān)系密切,RANKL是骨細(xì)胞生成所需的配體,骨鈣蛋白(osteocalcin)是RANKL的誘餌受體,RANKL與RANK系統(tǒng)主要通過胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),調(diào)控基因表達(dá),促進(jìn)OCs分化,從而誘導(dǎo)OCs再形成,最終導(dǎo)致骨質(zhì)破壞[23]。OPG具有抗內(nèi)皮細(xì)胞凋亡,促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞成熟等作用,它有著抑制破骨細(xì)胞前體細(xì)胞的分化,抑制成熟OCs的骨吸收活性并誘導(dǎo)其凋亡的功能[24]。

2.2 RANKL/RANK/OPG通路與骨破壞的研究骨重塑過程是由骨細(xì)胞組成的,也就是OB的骨形成、OCs的骨吸收以及骨細(xì)胞之間平衡的結(jié)果。源自造血干細(xì)胞譜系的OCs是參與骨吸收的主要細(xì)胞,在RA和骨質(zhì)疏松等風(fēng)濕性疾病中,平衡被破壞并發(fā)生有利于骨吸收的變化,因此,闡明OCs形成和骨吸收的機(jī)制至關(guān)重要。RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)參與了骨細(xì)胞成熟、骨構(gòu)建和骨重塑的過程[25],而RANKL和OPG是此信號(hào)系統(tǒng)的主要元件。在一些研究[26-27]中,RANKL/RANK/OPG途徑通過調(diào)控OCs的活性而影響骨代謝,OPG能抑制RANKL的活性,從而激活它的配體,而骨細(xì)胞通過OPG和RANKL的分泌來調(diào)控骨吸收,促進(jìn)骨細(xì)胞的分化和成熟,通過OPG與RANKL的結(jié)合,抑制骨細(xì)胞分化,這說明上調(diào)OPG/RANKL的比率,可以抑制骨質(zhì)疏松癥[28]。OCs與RA骨質(zhì)破壞具有密切的關(guān)系,而RANKL是一種OCs分化因子,其在OCs分化中具有重要作用,RANKL在RA患者的滑膜組織中高度表達(dá),并參與OCs的形成,從而導(dǎo)致RA中的骨破壞[29]。RANKL和OPG分別是TNF和TNF受體超家族的成員,與RANK的結(jié)合不僅可以調(diào)控正常骨構(gòu)建和骨重塑中OCs的形成,而且也有其他一些以骨轉(zhuǎn)換增加為特征的病理狀況[30],RANKL/OPG通路的發(fā)現(xiàn)有助于理解骨形成和骨吸收是如何處理和調(diào)控的,可以作為一種新的骨治療策略。OPG在骨代謝調(diào)節(jié)中具有重要的作用,它與 RANKL之間存在著密切的關(guān)系,OPG對(duì) OCs的分化、激活、 OCs的凋亡以及對(duì)骨的再吸收有一定的影響,因此,OPG/RANKL比值是OCs衡量骨吸收程度的一個(gè)重要指標(biāo),研究人員可以將OPG作為一種有待研究的潛在創(chuàng)新治療選擇。

3 IL-17通過RANKL/RANK/OPG通路調(diào)控RA骨破壞

目前,IL-17促進(jìn)RA骨破壞的機(jī)制可能與間接產(chǎn)生IL-1、IL-6和TNF-α有關(guān),從而加重關(guān)節(jié)破壞,RANKL/RANK/OPG通路的平衡失調(diào)會(huì)促使OCs分化,導(dǎo)致破骨增加而成骨減少。IL-17可以通過調(diào)節(jié)RANKL/RANK/OPG 通路對(duì)OCs和OB的活化產(chǎn)生重要影響,IL-17是RA免疫異常的關(guān)鍵因素,OPG與RANKL結(jié)合,可以抑制骨細(xì)胞骨吸收,IL-17可以通過改變RANKL/OPG的比例促進(jìn)OCs的形成,引起骨質(zhì)破壞,所以,RANKL/OPG通路是骨重吸收和形成之間的耦合因子[31]。有研究[32]發(fā)現(xiàn)在RA患者中的血清、組織及關(guān)節(jié)液中可以觀察到RANKL水平升高,而OPG減少。Y.Nakano等[33]通過對(duì)人牙髓細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)IL-17在體外增加人牙髓細(xì)胞中RANKL的mRNA表達(dá),而且,還有研究[34]表明在對(duì)人牙周膜細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中,IL-17可以明顯增強(qiáng)RANKL的表達(dá)和抑制OPG形成,并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)IL-17可以通過NF-κB 調(diào)節(jié)RANKL與OPG的表達(dá)。R.Ganesan等[35]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IL-17與RANKL表達(dá)式依賴于IL-17/IL-17RA/信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白-3(signal transducer and activator of transcription-3,STAT-3)的信號(hào)級(jí)聯(lián),IL-17RA對(duì)STAT-3活化的抑制,降低了關(guān)節(jié)炎大鼠的IL-17對(duì)RANKL表達(dá)及其骨細(xì)胞的生成潛力,這為IL-17信號(hào)級(jí)在RA中產(chǎn)生RANKL的重要作用提供了重要證據(jù)。還有研究[36]發(fā)現(xiàn)IL-17可以強(qiáng)化RANKL信號(hào)通路,刺激OCs分化,參與RA的骨破壞。呂英姿等[37]通過臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IL-17可以通過STAT3信號(hào)通路的表達(dá),抑制IL-17誘導(dǎo)的RANKL表達(dá)增多,使IL-17對(duì)OPG的生成具有抑制作用,得出STAT3參與誘導(dǎo)RA關(guān)節(jié)滑膜炎癥和骨質(zhì)破壞的過程。還有研究[38]報(bào)告指出IL-17可以誘導(dǎo)RANK表達(dá)的受體,對(duì)OCs生成和骨質(zhì)吸收有著重要的作用。RANKL可與破骨細(xì)胞前體RANK結(jié)合,促使破骨前體細(xì)胞分化為OCs;IL-17刺激滑膜FLS或OCs誘導(dǎo)RANKL高表達(dá),進(jìn)一步對(duì)破骨細(xì)胞前體產(chǎn)生作用;IL-17通過誘導(dǎo)TNF-α、IL-1、IL-6等致炎因子的產(chǎn)生,從而促進(jìn) RANKL的表達(dá),從而介導(dǎo)破骨細(xì)胞前體向 OCs的分化,從而導(dǎo)致骨質(zhì)破壞。

4 小 結(jié)

IL-17在RA疾病發(fā)生發(fā)展過程中不僅發(fā)揮致炎作用, 還參與了RA骨和軟骨的破壞。在骨細(xì)胞的微環(huán)境中,OB與OCs之間存在復(fù)雜的生物學(xué)功能,二者之間相互影響、相互聯(lián)系,OCs的過度分化會(huì)導(dǎo)致骨形成與骨吸收平衡失調(diào),最終引起骨破壞。雖然IL-17主要與組織炎癥的誘導(dǎo)有關(guān),但I(xiàn)L-17的其他生物學(xué)功能,包括其創(chuàng)面愈合功能,還有待進(jìn)一步深入研究。IL-17在最近幾年被認(rèn)為是一種很有前景的風(fēng)濕性疾病的治療目標(biāo),而且其抑制劑已經(jīng)開始在臨床中得以應(yīng)用,如司庫奇尤單抗等治療RA的臨床研究正在進(jìn)行之中,并且在臨床上阻斷IL-17或其受體證明是有效果的,但是關(guān)于治療性阻斷IL-17的安全性問題是什么,我們還有待探索。RANKL/RANK/OPG信號(hào)通路受體激活劑的發(fā)現(xiàn)幫助了解如何處理和調(diào)節(jié)骨形成和吸收,RANKL/OPG比值的升高,是RA患者關(guān)節(jié)破壞和骨侵蝕的重要分子生物機(jī)制之一。RA的早期表現(xiàn)為骨質(zhì)疏松,晚期則發(fā)展為骨破壞。深入了解OCs的病理過程及骨形成和骨吸收機(jī)制,觀察并干預(yù)促進(jìn)RA活性的細(xì)胞因子,可有效預(yù)防 RA患者的致殘,降低其死亡率,為臨床防治RA提供了有力的依據(jù)。

利益沖突說明/Conflict of Intetests

所有作者聲明不存在利益沖突。

倫理批準(zhǔn)及知情同意/Ethics Approval and Patient Consent

本文為綜述,不涉及醫(yī)學(xué)倫理審查和知情同意。